四川盆地页岩气压裂开采诱发地震研究

Meanwhile the shale gas revolution all over the world hot spread, some unusual suspected induced earthquake incident has aroused wide spread concern in society and academia. This project aim at this hot topic, focus on the research of earthquake induced mechanism of hydraulic fracturing of shale gas reservoirs in Sichuan basin. The research is divided into five steps: first take Mohr circle as a tool to and the Mohr-Coulomb failure as a criterion, research the stress of evolution in the process of hydraulic fracturing of shale reservoir; then basic on theory of rock fracture mechanics and rock mechanism, the evolution of stress circle was calculated by using the method of analytic geometry based on the simplified boundary conditions; then consider stress disturbance due to the reservoir hydraulic fracturing under the complex boundary conditions, establish the change of stress and strain caused by the continuous change of the partial differential equations of mathematical model and numerical simulation; at the same time, the and classify induced earthquake faults might be activated according to their nature and position, give the basic mechanical stability conditions of each type of fault activation. The next step is to judge and evaluate the fault condition of stability by the hydraulic fracturing of the reservoir stress disturbance can be achieved if the mechanical loss make, and the possibility of induced seismic events were evaluated; finally select 1-2 shale gas field in Sichuan Province as the research object, analyze and interpret the possibility of induced seismic events near the platform in near period.

页岩气革命全世界火热蔓延的同时，一些不寻常的疑似诱发地震事件引起了社会和学界的广泛关注。本项目就这一热点问题，围绕四川盆地页岩气储层的水力压裂对天然地震的诱发机制展开研究。研究分为五步：首先以莫尔圆为工具，以莫尔-库仑破裂准则为理论基础，对水力压裂过程的页岩储层的应力演化进行研究；然后基于岩石力学和岩石破裂学的基本理论，简化边界条件，对应力圆的演化用解析几何的方法进行定量计算；接着考虑复杂边界条件下储层内部由于水力压裂而产生的应力扰动，建立水力压裂引起的应力应变连续变化的偏微分方程数学模型并数值模拟；同时，将可能被活化而诱震的断层按其性质和位置进行分类，给出每类断层活化、失稳的基本条件。接下来就是判断和评价水力压裂对储层的应力扰动是否能够达到使断层失稳的力学条件，并对地震事件的诱发可能性进行评价；最后选取1-2处四川省内的页岩气田为对象，对近时期近平台的地震事件的诱发可能性进行分析和解释。

本项目严格按照基金项目申请书所设定的年度研究计划开展工作，圆满完成了总体研究目标的各项工作。项目期间，本人以第一作者或通讯作者就项目研究内容发表论文7篇，其中4篇SCI论文均发表在国外和国内的顶尖期刊。同时，积极开展科技成果转化和应用，主动争取与生产单位合作的机会，促使研究成果能够产生实际的应用价值。另外，积极参与国内外学术会议10余次，与相关领域的专家学者展开广泛的交流和讨论。主要关键进展概述如下：1.提出“压裂流场扰动断层力场的多因素耦合”模型，用于解释水力压裂诱发地震的力学机制。通过对既有正断层、逆断层和走滑断层被水平向孔隙压力扰动的物理场演化过程的数值计算，提出“易诱断层”和“抗诱断层”的类型划分；2.发展了真实断层被水力压裂活化的数值模拟研究方法。以珙县2017年1月28日Mw4.7地震为例，采用其震源机制参数和实验室测定的岩石物理参数，建立断层模型并进行16小时的压裂注水模拟，结果表明压裂产生的孔隙压力使逆断层出现明显的进一步活化特征；3.发展了水力压裂和地震诱发关联性分析及验证方法。压裂前后同一区域内的独立地震序列的非参数检验表明水力压裂活动的确诱发了数百次3级以下的地震。进一步分析发现只有部分井组“诱震”，另外的井组则“抗震”，这说明并非所有水力压裂活动都会诱发地震；4.提出了水力压裂诱发地震的地震学证据和解释。通过对2个平台压裂期间监测到的10000余次地震事件进行精定位、成像和应力计算分析，认为诱发地震的产生主要原因是由流体扩散到已存在断层，改变了断层面上的孔隙压力，进而引发断层滑动；5.提出了页岩气开发区诱发地震风险的有效评估方法—FAHP法，对包含了长宁区块2017年内建设的所有压裂平台的3080.25平方公里范围进行诱发地震风险评估和预测。预测结果表明78.92%的新发生地震事件落入高风险评价区，大于3级的有感地震全部落入插值后的中-高风险评价区，指示着评价结果具备较高的准确性。

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